Цифрові термінали РЗА
Цифрові термінали РЗА. Досвід адаптації до українських умов
Анатолій Бєляєв, к.т.н., начальник відділу РЗА та АСУЕ, Володимир Широков, головний спеціаліст, Олексій Ємельянцев, головний спеціаліст, Спеціалізоване управління «Леноргенергогаз», м. Санкт-Петербург
Фахівці у галузі релейного захисту неодноразово зазначали, що термінали цифрового релейного захисту та автоматики, розроблені у зарубіжних країнах, потребують адаптації до українських умов.
Наскільки великий обсяг робіт з адаптації, які складності при цьому виникають, чи самі виробники готові до конструктивної співпраці – про це в матеріалі фахівців спеціалізованого управління «Леноргенергогаз», що є провідником технічної політики ВАТ «Газпром» у галузі релейного захисту та автоматики.
Необхідність адаптації зарубіжних терміналів цифрового релейного захисту та автоматики (ЦРЗА) викликана, на наш погляд, тим, що виробники терміналів – це фахівці вузького профілю. Вони чудово знають свій апарат, але не завжди досить добре уявляють умови його експлуатації, режими роботи і принципи автоматизації електричних мереж, в яких він буде встановлений. При застосуванні імпортних терміналів це особливо актуально, оскільки зарубіжна технічна ідеологія ЦРЗА відрізняється від української, що потребує внесення змін до їхньої конфігурації [1, 2].
Спеціалізоване управління "Леноргенергогаз" на замовлення управління енергетики ВАТ "Газпром" активно займається адаптацією терміналів РЗА, зокрема, спільно з компаніями "АББ Автоматизація" (пристрої SPAC800, SPAC810) та Schneider Electric (термінали серії SEPAM). Згадані фірми охоче йдуть на співпрацю, розуміючи, що у виграші виявляться всі – і споживачі, і виробники. УНаразі фахівці «Леноргенергогазу» працюють над адаптацією терміналів сімейства SIPROTEC фірми SIEMENS.
Особливий інтерес має досвід адаптації до українських умов експлуатації терміналів SEPAM та SIPROTEC.
Адаптувалися термінали серій SEPAM 2000 та SEPAM 80 компанії Schneider Electric. Входи, виходи, функції захисту, логіка виконання автоматики, управління та сигналізації, способи введення, виведення, зберігання інформації, підтримки єдиного часу та інші характеристики терміналів були ретельно аналізовані на відповідність українським нормам і правилам виконання пристроїв захисту та автоматики.
За результатами адаптації було вжито наступних заходів:
змінені напруги спрацьовування дискретних входів до рівня 154 для виключення помилкових спрацьовувань при замиканнях на землю в ланцюгах оперативного струму;
збільшено кількість входів та виходів для побудови необхідної загальносекційної автоматики та зручних для обслуговування схем сигналізації підстанції;
розроблено схеми диференціального захисту шин замість логічного на підстанціях із синхронними двигунами та генераторами, модифікації ДЗШ для різних об'єктів, дуговий захист КРУ, МТЗ з пуском по напрузі (у терміналів компанії такий захист був відсутній), захист від втрати живлення та спеціальні АВР для підстанцій із синхронними двигунами, ділильні захисту для електростанцій та ін.
Розробка логіки окремих терміналів починалася з розробки загальної концепції РЗА, сигналізації та управління підстанції, розміщення та визначення функцій цифрових терміналів приєднань та загальносекційних пристроїв РЗА. Логічні схеми терміналів є алгоритмами роботи захистів, автоматики, управління та сигналізації кожного окремого терміналу та всієї підстанції в цілому,визначають кількість входів та виходів, їх призначення, встановлюють зв'язок між входами та виходами терміналу. Приклад однієї з таких типових схем розглянуто у роботі [2].
Найважливішим результатом адаптації стало створення банку основних типових логічних схем терміналів всім видів приєднань і підстанцій, застосовуваних в електроустановках Газпрому. Ці схеми є завданням програмування терміналів на заводеизготовителе. Така робота продовжується і нині у зв'язку з великою різноманітністю об'єктів застосування.
Кожній типовій логічній схемі присвоєно свій заводський номер, за яким споживач може замовити термінал відповідно до його призначення, наприклад, для кабельної або повітряної лінії, вступного вимикача, генератора і т.д. Логіка в термінал закачується на заводі-виробнику або в спеціалізованому центрі відповідно до типової логічної схеми. Замовивши термінал, споживач отримує виріб із заздалегідь заданою логікою. Це виявилося дуже зручним для проектувальників та споживачів, оскільки не потрібно думати про логіку терміналу.
Нижче наведено деякі недоліки терміналів SEPAM 80, які поки що не вдалося усунути:
недосконала система допуску до роботи з терміналом, що розглядається далі;
у терміналі виконані два варіанти пуску МТЗ за напругою.
Перший варіант. Трирелейний пуск МТЗ (підтвердження функції захисту 50/51 функцією 27) виконано правильно. Функція захисту 50/51 спрацьовує, коли кожен із фазних струмів перевищує уставку, а функція 27 – коли будь-яка з трьох лінійних напруг знижується нижче уставки. Тому МТЗ 50/51 і 27 спрацьовує як при трифазних, так і при двофазних КЗ (позначення 50/51, 27 і наведене далі 47 - це позначення функцій захистуміжнародного коду ANSI).
Другий варіант. Комбінований пуск МТЗ виконаний неправильно, оскільки функція захисту 50/51 підтверджується тільки функцією 47, яка спрацьовує, коли напруга зворотної послідовності перевищує уставку. Тому МТЗ 50/51 і 47 спрацьовує лише за двофазних КЗ і відмовляє при трифазних КЗ. Такий варіант МТЗ застосовувати не можна. Розробникам терміналу необхідно замінити варіант МТЗ 50/51 та 47 на 50/51 та (47 або 27).
Практично доводиться застосовувати або перший варіант або комбінацію двох функцій 50/51, в яких перша має пуск 27, а друга - пуск 47.
До недоліків можна віднести і відсутність у серії SEPAM 80 функцій диференціального захисту триобмотувальних трансформаторів та шин.
Адаптувався один з найпоширеніших і найпоширеніших терміналів типу 7SJ642 компанії Siemens. Нижче наведено неповний список недоліків, виявлених у процесі адаптації терміналу.
Запрограмовані за допомогою вільно програмованої логіки таймери перестають запускатися після зняття та подачі оперативного струму (після перезавантаження пристрою) за умови існування умов пуску від зовнішніх входів до моменту подачі оперативного струму. Це може призвести до відмови або помилкової роботи захисту та автоматики.
У разі використання стандартних функцій з блокуючими сигналами можлива помилкова робота терміналу відключення при втраті оперативного струму. Це пояснюється тим, що при втраті оперативного струму внутрішня логіка терміналу залишається працездатною протягом близько 0,5 с, проте вона вже не приймає дискретний блокуючий вхід.
Ланцюг вимкнення може розриватися вихідним реле пристрою незалежно від положення допоміжних контактів вимикача, що може призвести до пошкодженнявихідного реле терміналу
У терміналі, що розглядається, тільки частина входів має напругу спрацьовування 176 В (при напрузі оперативного струму 220 В). Воно виставляється за допомогою відповідних перемичок усередині блоку. Інші входи мають напругу спрацьовування трохи більше 88 У.
У укрупненому блоці логіки АПВ не передбачено прискорення захисту після АПВ. Натомість виконано прискорення захисту до АПВ, що практично в Україні не застосовується.
Схема підключення, наведена в описі терміналу, не відповідає дійсності в частині вихідних реле ВО6, ВО7, ВО8, ВО9. В описі не сказано, що в разі спрацьовування реле ВО6 (ВО8) блокується спрацьовування ВО7 (ВО9), і навпаки, у разі спрацьовування ВО7 (ВО9) блокується спрацьовування ВО6 (ВО8). Крім того, одночасне спрацьовування реле ВО6 і ВО9 викликає спрацьовування ВО7, навіть якщо реле не бере участі в логіці.
Вихідні ланцюги терміналу виконані невдало, оскільки групи контактів вихідних реле пов'язані загальною точкою. Це призводить до ускладнення схем вторинної комутації, необхідності встановлювати додаткові зовнішні реле.
У терміналі закладено невиправдану технічну та інформаційну надмірність. У посібнику з експлуатації (C53000G1140C1476, 2005 р.) зазначається «простота роботи з пристроєм за допомогою інтегрованої панелі керування або за допомогою підключення ПК із системною програмою DIGSI», що не відповідає дійсності. Наприклад, потрібно вводити близько 500 параметрів (уставок), крім внесення неминучих змін у матрицю сигналів, а кожен із сигналів є «властивості», які впливають роботу пристрою (роздрукована з DIGSI матриця сигналів займає близько 100 сторінок англомовного тексту).
Враховуючи необхідність складання завдань на налагодженнята протоколів перевірки терміналів, де мають вказуватися всі параметри налаштування, обсяг документації стає непідйомним. Великий обсяг інформації, що вводиться, ускладнює налаштування. Інформаційна надмірність підвищує ймовірність помилок, пов'язаних із людським фактором. Технічна надмірність вимагає роботи з терміналом фахівців високої кваліфікації.
Документація фірми по терміналах – це тисячі сторінок, але при цьому часто немає потрібної інформації, зустрічаються помилки. Наприклад, не наведено логічної схеми роботи АПВ (передбачено 9 циклів!), опис алгоритму АПВ містить протиріччя.
Експлуатувати термінал досить важко, оскільки він не русифікований (дисплей, програма введення уставок, АСУ тощо), хоча фірма заявляє про його повну русифікацію. Запропонована компанією русифікація (інструкція англійською мовою) породжує проблеми, що перешкоджають нормальній експлуатації (втрати українських літер у назвах сигналів при перезавантаженні та, як наслідок, порушення роботи запрограмованої логіки; неможливість зміни логіки через збої русифікованого програмного забезпечення та ін.).
Наведений перелік наочно показує необхідність адаптації, яка має проводитися разом із розробниками конкретного типу терміналу.
Про систему допуску до роботи з терміналами
Термінали ЦРЗА діляться на два класи: з жорсткою логікою та вільно програмовані.
До терміналів із жорсткою логікою можна віднести пристрої ЦРЗА серії SPAC800 виробництва фірми «АББ Автоматизація». Логіка цих терміналів узгоджена з усіма провідними проектними інститутами України, тому термінал повністю адаптований до українських умов застосування. Набір входів та виходів дозволяє застосовувати їх у будь-яких схемахвторинної комутації. Вибір типу терміналу виконується за призначенням, наприклад, SPAC80101 – термінал захисту кабельної чи повітряної лінії, SPAC80102 – секційного вимикача тощо. Замовивши термінал, споживач отримує виріб із заздалегідь заданою логікою, яка не підлягає жодній зміні, можливе лише введення окремих функцій і уставок захисту. Це виявилося дуже зручним для споживача, оскільки не потрібно думати про розробку логіки терміналу. Для налаштування терміналу на місці експлуатації передбачена можливість введення уставок захисту, таймерів логіки, введення виводу окремих функцій та ін, але доступу до зміни логіки немає. Таке рішення повністю виправдало себе, оскільки дозволило запобігти можливості некваліфікованих змін базової логічної схеми, які можуть призвести до відмови чи неправильної роботи захисту та автоматики. Термінали SEPAM2000, БМРЗ фірми "Механотроніка" та деякі інші відносяться до класу вільно програмованих, проте при цьому програмування логіки ведеться на заводі-виробнику. Завданням програмування логіки терміналів є логічні схеми терміналів, які розробляє споживач (чи з його завданням спеціалізована організація) чи застосовує типові, якщо такі є.
У вільно програмованих терміналах новітніх серій (SEPAM80, SIPROTEC та ін.) передбачена можливість програмування логіки терміналу самим споживачем за допомогою комп'ютера та спеціального програмного забезпечення. Програмування формалізоване і полягає у роботі з таблицями, матрицями, звичайними логічними елементами, рівняннями та укрупненими блоками логіки. Після набору потрібної логіки комп'ютер з'єднується з терміналом і це логіка закачується в термінал спеціальної командою. Після такого програмуванняобов'язково потрібно намалювати підсумкову логічну схему на папері, щоб мати повну картину роботи терміналу.
На жаль, у терміналах SIPROTEC та SEPAM80 програма введення логіки поєднана з програмою введення параметрів налаштування терміналу. Обмежити доступ до логіки терміналу навіть за допомогою системи паролів не вдається, оскільки таймери логіки також вимагають налаштування, а частина їх доводиться використовувати в ланцюгах захисту та автоматики. Таке суміщення є абсолютно неприпустимим, оскільки може призвести до зниження надійності електропостачання споживачів.
Наприклад, у терміналах SEPAM 80 введення логіки управління, автоматики, параметрів таймерів логіки, програмних ключів введення виводу автоматики та основних характеристик приєднання захищене паролем «Параметрування». Введення функцій та вставок захищене паролем «Налаштування».